本發明專利技術涉及用于儲存和復原熱能的系統，其使用至少一種相變材料(固體-液體)和顯熱固體材料作為其介質，用于儲存/復原得自外部源的相變潛熱和顯熱形式的熱。上述材料適當地容納于包括由其所經歷的溫度范圍來區分的至少兩個區域的單一的箱中，每個區域包含不同的材料。最常見的構型由位于所述箱內的三個不同區域組成，即：所述箱上部中的熱區，其封閉具有高熔化溫度特征的包封的相變材料；容納于所述箱下部的冷區，其包括具有低熔化溫度的相變材料；以及包括顯熱固體材料的中間區。
【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】【專利說明】組合顯熱固體材料和相變材料的熱能儲存系統 專利技術目標 本專利技術描述了儲存和復原（recovery)熱能的系統，其利用固體材料的容納顯熱 形式熱能的能力以及相變材料的容納顯熱和相變潛熱兩種形式的熱能的能力。在本文中， 本專利技術描述了使用來自外部源的熱或來自過程的熱，在穩定時間中給裝置（箱）充熱能，并 且在隨后的時間中，當能源不可用于（或不足以）持續向外部系統供應熱能時，使所述裝置 (箱）釋放熱能。本專利技術的一個目的是在不危害儲存箱的效力的情況下使儲存箱的尺寸最 小化。
技術介紹
幾十年來，由于需要更少地依賴例如化石燃料等不可再生資源來獲得能量轉換過 程，使用來自外部源的熱能（例如，太陽能、制造過程的余熱等）來產生電能或簡單地在過 程中（例如，產生蒸汽、加熱水等）使用所述能量已經成為重要的研究領域。 用于得到熱能的機制受到這樣的限制，S卩，通常它們不是持續的過程。這些過程僅 在每天的特定數目的小時期間發生，相比之下，需求一般是持續的或簡單地隨著時間而不 合時宜。這就是之所以采用一些方法來提供此所需能量的原因。近年來，提出了不同的方 法來儲存在外部熱源可供利用期間得到的并且沒有供應給耗能單元的熱能。一般而言，該 用于儲存熱能的策略基于對箱中保護的載熱介質的使用，并且所述介質儲存外部源可供利 用期間所得的熱能，隨后將在耗能單元需要時進行使用。 有兩類可能的組件用于儲存和利用得自外部源的熱能，其采用兩個儲存箱一一熱 箱和冷箱，或者僅采用一個箱（斜溫層），其特征為兩個限定區域一一熱區和冷區。斜溫層 定義為流體內的層，其中溫度隨著深度或高度而快速變化，并且其中存在箱中所裝流體的 分層現象。 已知，長時間維持熱能儲存箱（斜溫層）內的分層效果有困難。這是由以下因素 所致：頂部或熱區持續并入流體以及箱底部去除冷的流體，不同溫度的流體層之間的傳導 效果，以及所述層因流體湍流導致的混合。已經依照一些策略來促進箱內部的流體的分層。 其中一些是：標題為"Methodandapparatusforoperatinganimprovedthermocline storageunit"的專利US4523629中描述的依賴于流體密度而在熱和冷界面之間漂浮的 分離膜；標題為"Singlebi-temperaturethermalstoragetankforapplicationin thesolarthermalplant"的專利US2010301062中提出的并入固定擋板；標題為"Dual thermalenergystoragetank"的專利EP2141432中提出的使用移動擋板；或者標題為 "ThermalenergystoragesystemComprisingthermoclineoptimalmanagement" 的專 利US20120118554中所述的用于監視箱中不同高度處的流體溫度的方法。這些專利中的每 一個都提供了避免以下的方法，即，不同溫度的流體的混合可能傾向于劣化熱儲存系統。標 題為"Horizontalextractionandreturnextensionsinliquidstoragetanks'，的專 利US2012104003中提出了對載熱流體至儲存箱的入口和出口的設計的改進，其中尋求減 少進入箱或從箱出來時的流體速度以防止流體的攪動以及隨后而來的混合。 載熱介質或者用于吸收熱能或吸收來自外部源的熱的介質是流體物質，因此，耗 散集中在外部熱源中的熱。所述載熱流體可為例如，水、空氣或任何烴族流體（熱油）、熔融 的鹽（硝酸鈉、硝酸鉀、氯化鎂等）或所述鹽的混合物。后者必須具有低熔點的特征，使回 路內的材料在過程中不凝固。 作為尋求得到具有更小尺寸的儲存系統的改進的替代方案，出現了將相變材 料（PhaseChangeMaterials-PCM)并入熱能儲存系統中。在這些系統中，在熱能的儲 存/復原期間，當相變材料從固體變成液體或反之時，相變材料的潛熱被利用。標題為 ^High-temperaturedirect-contactthermalenergystorageusingphase-change media"的美國專利4512388首次公開了用于高溫的相變材料的使用和應用，其中提出將這 些種類的材料用于在400°F至3000°F(約205°C至1650°C)下儲存熱能的應用中。隨 后，如在標題為"Thermalstoragesystem"的專利US20100230075中所述，描述了使用相 變材料作為儲存熱能的工具的應用。將這樣的材料布置于箱內側，其中浸沒有一系列熱交 換器，所述熱交換器是用于向PCM供熱或從PCM除去熱的工具。提到了在該類型的組件中 交換器效率劣化的一些問題。 如果所述材料是包封的，則可避免PCM與熱交換器的直接接觸。標題為"Thermal energystoragesystemComprisingencapsulatedphasechangematerial'，的專利 US2012018116中描述了基于該可選方法的建議，其還描述了執行將PCM包封于球中的方 法。其提到，當使用包封的PCM時，如何得到較高的傳遞面積，以促進介質與PCM之間的熱 傳遞。 在標題為"Encapsulatedphasechangeapparatusforthermalenergy storage"的專利US20110259544中描述了包封用于高溫應用的相變材料PCM的方法，其 中描述了用于制造圓柱形的PCM盒（capsule)的技術。隨后，標題為"Hightemperature thermalenergystoragesystem"的專利US20120055661 描述了用于將PCM包封于圓管內 以避免其表面上可能的缺陷或破損的創新。該方法由沿著包含PCM的管制造一系列螺旋槽 組成；這有利于盒在熔化期間變形，而沒有因PCM體積變化而導致的任何損傷風險。 專利技術目的 本專利技術旨在使用至少一種顯熱固體材料和一組具有不同恪點（meltingpoint)的 并且被適當容納的相變材料（PCM)來改進熱能儲存系統的設計。顯熱固體材料和PCM這兩 類材料都直接與載熱介質或載熱流體接觸，所述載熱介質或載熱流體負責在給系統充熱能 期間將來自外部源的熱傳遞至箱（PCM和固體材料），然后在釋放熱能期間將來自箱 固體材料）的熱遞送至外部系統。本專利技術目的的一部分是尋求尺寸比常規裝置小同時不損 害其效率的裝置，其中本專利技術做出了努力以高效地儲存能量。 提出了用于儲存/復原熱能的箱的新設計，其提供了沿著箱內部的至少兩個區 域，所述區域由其所包含的填充材料以及其所經歷的溫度范圍來適當區分。在箱的一端提 供了冷區，其裝有一組以低熔化溫度為特征的包封的PCM，或者裝有顯熱固體材料。然后，將 布置由至少一種顯熱固體材料組成的中區，其分隔熱區和冷區的流體。箱的另一端將裝有 一組具有高熔化溫度的包封的PCM或顯熱固體材料。最常見的構型是：箱垂直放置，底區裝 有具有低熔化溫度的包封的PCM，中區裝有顯熱固體材料，并且上區裝有具有高熔化溫度的 包封的PCM。所述各區都由元件（網孔）限定，所述元件除了作為結構元件外，還防止PCM 盒在箱內本文檔來自技高網...
【技術保護點】
組合顯熱固體材料和相變材料的熱能儲存系統，用于在一段時間內儲存得自外部源的熱能，然后復原該熱能的一部分并將其帶給可能需要它的外部耗能單元，所述熱能儲存系統由以下構成：·腔或箱(2)，其功能是容納填充材料(8)和(9)，以及載熱流體(10)；·至少一組包封的相變材料(9)；·位于所述儲存箱(2)的中區或者頂區或底區中的至少一種顯熱固體材料(8)；以及·所述儲存箱(2)的至少一對入口和出口(11)和(12)，用于載熱流體(10)進入和流出。
【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】...
【專利技術屬性】
技術研發人員：A·奧利娃·列納，C·D·佩雷斯·塞加拉，J·里戈拉·塞拉諾，J·卡斯特羅·岡薩雷斯，C·奧列特·卡薩薩亞斯，I·羅德里格斯·佩雷斯，O·萊姆庫爾·巴爾瓦，X·特里亞斯·米克爾，R·卡德維拉·帕拉米奧，R·阿爾瓦·凱波，M·M·爾多諾·馬丁內斯，P·A·加廖內·克洛特，
申請(專利權)人：加泰羅尼亞理工大學，
類型：發明
國別省市：西班牙;ES
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